빛을 이용해 칩 속도 높이기
미국 노스이스턴 대학의 연구원들은 현재 실리콘 칩 기술보다 컴퓨터와 휴대폰이 1,000배 더 빠르게 작동하는 데 도움이 되는 획기적인 발견을 발표했습니다.
이러한 발전은 열 냉각이라는 방법을 통해 양자 물질을 제어하는 데서 비롯되었습니다.
양자 소재 분야의 새로운 획기적인 발견으로 전자 장치가 현재 기술보다 1,000배 더 빠르게 작동할 수 있게 될 가능성이 있습니다(사진: 게티).
연구팀이 선택한 소재는 1T-TaS₂인데, 이는 금속처럼 전기를 전도하거나 반도체처럼 절연하는 두 가지 상태를 유연하게 전환할 수 있는 특수 양자 소재입니다.
이전에는 전도성 상태가 극히 낮은 온도에서만 나타나고 몇 분의 1초 동안만 지속되었기 때문에 일상적인 전자 장치에 적용하는 것이 거의 불가능했습니다.
연구팀은 몇 달 동안 거의 실온의 온도에서 재료의 안정적인 금속 상태를 유지하는 방법을 알아냈습니다.
그들은 재료를 가열한 후 초당 약 120켈빈의 속도로 급속 냉각하는 방식으로 이를 달성했습니다. 이 방법은 재료를 상전이 한계점 이상으로 밀어내어 전도성과 절연성이 혼합된 상 상태를 만들어냈습니다.
과학자들은 이러한 전이를 유발하기 위해 빛을 사용합니다. 빛을 비추면 물질은 거의 즉각적으로 반응하여 고유 전하 밀도 파동 구조를 변화시킵니다. 이러한 변화는 제어된 온도 조건에서 금속 상태를 안정적으로 유지합니다.
노스이스턴 대학의 물리학자 그레고리 피에테 교수는 이 팀이 물리학이 허용하는 가장 빠른 속도로 재료 특성을 제어하고 있다고 말했습니다.
그는 기존 실리콘 트랜지스터처럼 여러 층의 재료를 사용하는 대신 빛을 사용함으로써 마이크로 회로 구조가 단순화되고 차세대 전자 장치를 설계할 가능성이 열린다고 강조했습니다.
칩의 제한은 무엇입니까?
오늘날 기기의 프로세서는 기가헤르츠 주파수에서 작동합니다. 연구진은 이번 발견을 통해 1,000배 더 빠른 테라헤르츠 주파수에 도달할 수 있기를 기대합니다.
특히 데이터가 점점 더 방대해지고 인공 지능, 가상 현실, 양자 컴퓨팅, 과학 시뮬레이션 등의 애플리케이션에서 실시간 처리가 요구됨에 따라 이러한 기능은 더욱 중요해졌습니다.
또한 이 연구에서는 특정 주파수의 빛이 재료에 비춰지면 결정 격자의 진동파가 그에 따라 변한다는 사실도 보여주었습니다.
예를 들어, 2.5 테라헤르츠에서의 진동은 전하 밀도파의 진폭 변화를 반영하는 반면, 1.3 테라헤르츠에서의 진동은 원자 규모의 물질층 미끄러짐과 관련이 있습니다.
연구팀은 네이처 피직스(Nature Physics) 저널에 연구 결과를 발표하고 이 전도성 상태를 '숨겨진 금속 상태'라고 명명했습니다. 이 상태에서 물질은 절연체처럼 보이지만, 실제로는 물질 구조 내에 분포된 작은 전도성 영역들의 조합 덕분에 전자가 고속으로 흐를 수 있습니다.
연구팀을 이끈 알베르토 델라 토레 연구원은 열 담금질 방법을 사용하면 조명 환경을 변경하여 재료의 전기 전도도를 즉시 제어할 수 있다고 말했습니다.
그는 이 상태의 프로그래밍 가능성이 동일한 재료 내에서 데이터를 저장하고 처리할 수 있는 전자 장치를 만드는 길을 열어준다고 강조했습니다.
또한, 일부 관련 연구에서는 테라헤르츠 공진 챔버를 통해 물질 상태를 조정할 수 있는 가능성도 언급했습니다.
외부 광학 구조를 변화시킴으로써, 재료는 전자기장에 반응하고 제어된 방식으로 위상을 변화시킵니다. 이 효과는 레이저 소자의 광 공명 증강 원리와 유사하지만, 전도성 재료에 원자 수준에서 적용됩니다.
여러 재료 인터페이스를 제거하고 단 하나의 광제어 물질만 사용함으로써, 연구팀은 마이크로전자 산업에 새로운 방향을 열었습니다.
출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tim-ra-vat-lieu-luong-tu-giup-may-tinh-dien-thoai-nhanh-hon-1000-lan-20250805073922390.htm
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